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从芯片到系统:探索RAM与MRAM协同集成的创新路径

从芯片到系统:探索RAM与MRAM协同集成的创新路径

从芯片到系统:探索RAM与MRAM协同集成的创新路径

在摩尔定律放缓的背景下,单靠制程微缩已难以满足算力需求。因此,通过“芯-板-系统”多层级协同设计,实现不同存储介质的高效集成,成为突破性能瓶颈的关键。其中,将传统RAM芯片与新型MRAM进行系统级融合,正引领一场存储革命。

1. 存储层次结构的重构

  • 传统三级结构:L1/L2缓存(SRAM)→ 主存(DRAM)→ 外部存储(SSD)。
  • 新范式:将MRAM作为中间层,取代部分或全部DRAM,构建“SRAM+MRAM+Flash”混合层次。
  • 优势:减少主存访问延迟,提高整体吞吐量。

2. 硬件层面的协同设计

  • 双模控制器:支持动态切换访问模式,根据数据热度自动分配至RAM或MRAM。
  • 分块管理机制:将内存划分为多个逻辑区域,分别由RAM和MRAM承担不同功能。
  • 电源管理策略:对不活跃数据自动迁移到MRAM,实现“零功耗保持”。

3. 软件栈的适配与优化

  • 操作系统需支持非易失性内存的直接映射(如Intel Optane的PMem模型)。
  • 编译器可优化数据布局,优先将频繁访问的数据置于高速路径。
  • 虚拟化平台可通过内存池调度算法,实现资源最优分配。

4. 实际案例与产业进展

目前,格罗方德(GlobalFoundries)、美光(Micron)、IBM等公司已在实验室验证了64Mb MRAM与16Gb DRAM的2.5D集成方案。三星电子也在其Exynos芯片中测试了基于MRAM的L3缓存模块。这些成果表明,该技术已从概念走向商用前夜。

预计在未来3-5年内,搭载混合内存架构的消费级处理器将陆续上市,推动整个电子生态向更高效、更节能的方向演进。

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